[发明专利]感应电动机的控制装置

说明书

本发明涉及一种在对由逆变器驱动的感应电动机进行控制中能获得恒定的转矩特性的装置。

图7表示用于感应电动机型机车的传统的控制装置的方框图。从导电弓1馈入的电流经滤波电抗线圈2和滤波电容器3输入到产生可变电压、可变频率的交流电流的可变电压、可变频率的逆变器（以下称为VVVF逆变器）。由VVVF逆变器4产生的三相交流电流输入到三相感应电动机5以驱动它。由电流检测器6所检测的电流输入到电流运算器（或计算元件）7，在该运算器中计算出电动机电流I_M。

比较器9将电机电流I_M与由主控制器8产生的电动机电流指令I_P进行比较，并将I_M相对于I_P的偏差△I输入到放大器10，该放大器则输出转差频率F_S。另一方面，速度检测器11的输出输入给速度运算器12以获得电动机旋转频率F_R。转差频率F_S和电动机旋转频率F_R由加法器13相加以获得逆变器频率F_INV。（在动力运行和反馈后，F_S和F_R彼此相减）。逆变器频率F_INV输入给电压运算器14，该运算器输出一个正比于逆变器频率F_INV的电动机电压V。从逆变器4看，该电动机电压V是输出电压指令。实际上，是调制率输入给逆变器4的PWM调制部分。逆变器4按照逆变器频率F_INV和电动机电压V运行PWM调制。

采用上述结构，因为通过增加或减少转差频率将电压-频率比（V/F）和电流控制为恒定值，从而得到恒定的转矩。这种系统称为F_S控制系统。

这种F_S控制系统有一个问题，即在低频范围内转矩下降。转矩下降的原因将在下面详细描述。

按照由日本电气工程师协会的《技术和研究报告（部分Ⅱ）》No.109（1981年4月）第39页的报导，对于在感应电动机低速范围内引起转矩下降的初级阻抗的电压降的补偿，是通过在使V/F的增加超过使V/F恒定的直线的方向上校正V/F来完成的。

在这上述已有技术中，由于对感应电动机的间隙磁通的检测非常困难的，选择输出电压频率（V/F）线或曲线以提供近似的恒定转矩。即，因为测量感应电动机的转矩是非常困难，不可能确定使转矩恒定达到理想的V/F值。

例如，当上述方法用于铁路电动机车时，即使转矩不能保持严格的恒定也不会产生很大的问题。然而，如在一个坡度很陡的铁路线上作上坡起动时，因为对起动而言需要低速范围的转矩，转矩的下降对电动机车的运行就带来了问题。

同样，在使用F_S控制的电动火车头里，转矩的减小（或变化）对起动产生很严重的影响，尤其是，在多节载重车厢相连的情况下影响更大。即，在转矩变小的情况下，可能无法进行起动。在采用适当的校正以产生大于所要求的转矩时，又会出现空转而造成起动的困难。

本发明的目的是提供一种感应电动机的控制装置，它能提供一个基本上恒定的转矩特性。

为此目的，在本发明中，F_S控制系统设有按照感应电动机的内阻抗角校正正比于逆变器频率的电压的装置。

这里先简短地说一下通过上述校正装置能使转矩保持恒定不变的原因，后面还要作详细的描述。如果感应电动机的内阻抗角的正弦值和转矩曲线，用逆变器频率作为曲线图的横坐标将它们绘制在同一曲线图上，它们基本上以相同的变化率变化。因为转矩不能直接测量所以使用这一事实，即，按照阻抗角（或其正弦值）增加（或下降）电压，从而使转矩保持恒定成为可能。

本发明的上面和其它目的、特征和优点将结合所附的权利要求书和附图在下面进行描述，在本发明的所有几个视图中，相同的部分都用相同的编号表示，其中：

图1表示本发明一实施例的框图;

图2是按本发明的一个校正因子运算电路的例子的框图;

图3表示本发明另一校正因子运算电路的例子的框图;

图4是本发明另一实施例的框图;

图5是表示本发明V/F图形运算器的示意图;

图6表示用转差频率作为参数的F_INV-K₁的特性曲线图;

图7是传统的F_S控制系统的方框图;

图8表示感应电动机的T型等效电路;

图9表示F_S控制系统中的转矩的频率特性;